Puesta de sol en el cráter Gusev: El Sol se hunde bajo el horizonte en esta impresionante vista panorámica captada por el rover Spirit de la NASA en Marte en 2005. NASA/JPL/Texas A&M/Cornell
Contemplen esta imagen durante unos segundos. Es el atardecer en Marte. Piensen en todo el esfuerzo de ingeniería, en todos los avances tecnológicos y científicos, en la inmensa cantidad de recursos humanos que se invirtieron para lograr tomar esta foto. Estamos viendo el atardecer en OTRO PLANETA que en su punto más cercano a nosotros está más o menos a 70 millones de kilómetros de la Tierra, algo así como darle la vuelta al mundo unas 1.746 veces (aquí pueden ver la distancia actual Marte-Tierra). Piensen en esto. Visualicen Marte en su mente... ese puntito rojo en el cielo, piensen en cómo sería acercarse a él poco a poco hasta llegar a algo tan inmenso como un planeta, aunque sea casi la mitad del tamaño de la Tierra, eso me da escalofríos. Porque es increíble.
En este planeta de color óxido, el resplandor del Sol al atardecer es de color azul claro, mientras que el resto del cielo se ve de un sutil color amarillo/rojizo óxido, prácticamente lo contrario de lo que vemos en nuestro planeta. Y es que el color del cielo y del atardecer/amanecer depende de la composición de la atmósfera.
Pero antes debemos recordar que la luz visible está compuesta por luz de todos los colores que combinados dan luz blanca (como se ve en la portada de The Dark Side of The Moon, de Pink Floyd).
De Wikimedia Commons, el repositorio gratuitoEspectro de luz que incluye la luz visible. De Wikimedia Commons
Y al igual que un prisma, la atmósfera también puede separar esta luz blanca que viene de nuestro Sol. En la Tierra, está compuesta en su mayoría por un 78 % de nitrógeno (en realidad dinitrógeno - N₂ dos átomos de nitrógeno unidos) y un 21 % de dioxígeno O₂ (lo que comúnmente se llama "oxígeno"). Estos gases son muy buenos para dispersar las longitudes de onda más pequeñas, que corresponden a colores como el azul y el violeta, por eso dan esas tonalidades a nuestro cielo. ¿Y a qué me refiero con dispersión? Pues bien, en física este fenómeno se conoce como dispersión de Rayleigh.
Esta imagen lo explica maravillosamente:
Vidrio opalescente: el cristal se ve azul, pero la luz que la atraviesa es naranja/rojiza - De Wikimedia Commons
Lo que vemos aquí es esencialmente lo mismo que ocurre en el cielo al atardecer. Podemos ver un tipo de cristal opalescente que dispersa tanto la luz azul que solo deja pasar la luz naranja/roja. Ahora imaginen que sus ojos son la superficie blanca y el cielo es el cristal. ¡Shazam! Lo que vemos es la luz roja que atravesó el firmamento.
Pero en Marte es otra historia. Allí, la atmósfera es 98 % CO₂, y es muy, muy delgada, tanto que su presión atmosférica (0,006 atm) es menos del 1% de lo que sería aquí en la Tierra a nivel del mar (1 atm) [1]. En otras palabras, habría que subir a 35 km de altura en la Tierra para experimentar una presión atmosférica similar a la de Marte (el pico del Monte Everest está a 8 km). Sin embargo, lo más interesante aquí es que tiene mucho, mucho polvo de óxido de hierro, especialmente de óxido de hierro (III) (Fe₂O₃), lo que comúnmente llamamos "óxido". Este polvo fino es muy bueno para dispersar las longitudes de onda más grandes: amarillos, naranjas y rojos, en esencia, lo contrario de lo que ocurre en la Tierra.
El tamaño importa:
Hagamos un breve paréntesis para hablar de los tamaños. Una molécula de N₂ - dinitrógeno, el principal componente de nuestra atmósfera, mide unos 370 pm (picómetros), mientras que una partícula de polvo marciano mide unos 3 µm. Pero estas unidades no nos dicen mucho, así que pongamos las cosas en perspectiva. Un picómetro o pm equivale a 0,001 o 10⁻³ nanómetros (nm), y un nanómetro equivale a 0,001 10⁻³ micrómetros (µm), que a su vez equivale a 0,001 o 10⁻³ milímetros. Así que imaginen que cogen una regla, miden 1 milímetro, cogen ese milímetro y lo dividen en 1000 partes, tenemos 1000 µm; luego cogen una de esas partes y la vuelven a dividir en 1000 partes, ¡ahora tenemos 1000 nm! Hagámoslo una última vez, ¡y tenemos 1000 pm! Hmm... Pero eso sigue siendo muy abstracto e intangible, busquemos algunas referencias reales:
-mm (milímetros): una pulga mide ~5 mm.
-μm (micrómetros): el grosor de un pelo humano varía entre 17-181 μm; un glóbulo rojo, mide ~7 μm; aquí está nuestra partícula de polvo marciano 3 µm; las bacterias suelen medir entre 1-4 μm.
-nm (nanómetros): La longitud de onda de la luz visible oscila entre 400 y 700 nm; el virus del VIH suele medir ~120 nm; la anchura de una membrana celular es de 6-10 nm; el diámetro de la doble hélice del ADN es de ~2 nm;
-pm (picómetros): aquí estaría nuestro N₂ de la atmósfera con ~370 pm; el tamaño de una molécula de agua H₂O ~280 pm; el radio de un átomo de hidrógeno -o también llamado radio de Bohr- es de 53 pm; la longitud de onda más pequeña de los rayos X es de ~5 pm.
¡¡¡¡Una partícula de polvo marciano es entonces 10000 veces más grande que la molécula de N₂!!!! Esta comparación de tamaños es impresionante.
Y de ahí que el efecto sea más intenso al atardecer/amanecer, pero ¿qué tienen de extraño los atardeceres y amaneceres para que el cielo y el sol se vean tan diferentes? Pues tiene que ver con el ángulo en el que se encuentra el Sol con respecto al observador, y la cantidad de atmósfera que debe atravesar la luz antes de llegar a nuestros ojos.
Cuando el Sol está cerca del horizonte, su luz tiene que atravesar más atmósfera que cuando está justo encima de nosotros, en el cenit. Aquí ayuda imaginar la luz blanca como un ejército de millones de pequeños "soldados" de luz de todos los colores del arco iris, azul, rojo, amarillo, etc... Y estos se enfrentan ahora a otro ejército, la atmósfera, que tiene principalmente "soldados" de N₂ y O₂. Chocan cara a cara, que comience la batalla: los soldados de luz azul chocan mucho más contra los de N₂ y O₂ y solo unos pocos llegan al otro lado, los demás pasan casi desapercibidos e intactos. Ahora bien, si aumentamos la cantidad de soldados N₂ y O₂ (más atmósfera) entonces los soldados de luz azul simplemente dejan de pasar, y nos quedamos solo con los rojos y amarillos.
En resumen, esto intensifica los efectos de la atmósfera, sea cual sea el planeta. Así que en la Tierra los azules se filtran y dejan pasar solo a los tonos amarillos/rojos y en Marte lo contrario, los tonos amarillos/rojos se dispersan y filtran y solo pasan los más azules. Y por eso el atardecer en Marte se ve azul.
Referencias:
Halliday, David, Robert Resnick, and Jearl Walker. Fundamentals of physics. John Wiley & Sons, 2018.
Franz, Heather B.; Trainer, Melissa G.; Malespin, Charles A.; Mahaffy, Paul R.; Atreya, Sushil K.; Becker, Richard H.; Benna, Mehdi; Conrad, Pamela G.; Eigenbrode, Jennifer L. (1 April 2017). “Initial SAM calibration gas experiments on Mars: Quadrupole mass spectrometer results and implications”. Planetary and Space Science
Clancy, R. T., et al. “A new model for Mars atmospheric dust based upon analysis of ultraviolet through infrared observations from Mariner 9, Viking, and Phobos.” Journal of Geophysical Research: Planets 100.E3 (1995): 5251–5263.
What Does a Sunrise-Sunset Look Like on Mars? — NASA Solar System Exploration